(11分)Ⅰ.“中東有石油,中國有稀土”。稀土金屬是我國戰(zhàn)略性資源,應(yīng)加以保護(hù)。稀土金屬是周期表中ⅢB族中鈧、釔和鑭系十七種元素的總稱,都是很活潑的金屬,性質(zhì)極為相似,常見化合價(jià)為+3價(jià)。釔(Y)元素是激光和超導(dǎo)的重要材料。我國蘊(yùn)藏著豐富的釔礦石(Y2FeBe2Si2O10),以此礦石為原料生產(chǎn)氧化釔(Y2O3)的主要流程如下:
已知:①有關(guān)金屬離子形成氫氧化物沉淀時(shí)的pH如下表:
離子 |
開始沉淀時(shí)的pH |
完全沉淀時(shí)的pH |
Fe3+ |
2.7 |
3.7 |
Y3+ |
6.0 |
8.2 |
②在周期表中,鈹、鋁元素處于第二周期和第三周期的對(duì)角線位置,化學(xué)性質(zhì)相似。
(1)欲從Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be(OH)2沉淀。則最好選用鹽酸和 (填字母)
兩種試劑,通過必要的操作即可實(shí)現(xiàn)。
A.NaOH溶液 B、氨水 C、CO2 D、HNO3
(2)流程圖中用氨水調(diào)節(jié)pH=a時(shí)生成沉淀的化學(xué)式為 ,繼續(xù)加氨水調(diào)至pH=b,此時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 。
(3)沉淀C為草酸釔,寫出草酸釔隔絕空氣加熱生成Y2O3的化學(xué)方程式: 。
Ⅱ鑭系元素鈰(Ce)是地殼中含量最高的稀土元素,在加熱的條件下CeCl3易發(fā)生水解。
(4)無水CeCl3可用加熱CeCl3·6H2O和NH4Cl固體混合物的方法來制備,其中NH4Cl的作用是___
。
(5)在某強(qiáng)酸性混合稀土溶液中加入H2O2,調(diào)節(jié)pH≈3,Ce3+通過反應(yīng)形成Ce(OH)4沉淀得以分離, 寫出反應(yīng)的離子方程式 。
(11分)(1)B (1分)
(2)Fe(OH)3 (1分)、Y3++3NH3·H2O=Y(jié)(OH)3↓+3NH4+ (2分)
(3)Y2(C2O4)3Y2O3+3CO2 ↑+ 3CO↑ (3分)
(4)NH4Cl固體受熱分解產(chǎn)生HCl,抑制CeCl3水解(2分)
(5)2Ce3++H2O2+6H2O=2Ce(OH)4↓+ 6H+ (2分)
【解析】
試題分析:(1)周期表中,鈹、鋁元素處于第二周期和第三周期的對(duì)角線位置,化學(xué)性質(zhì)相似。欲從Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be(OH)2沉淀,則根據(jù)Na2BeO2的性質(zhì)和NaAlO2類比推斷;加過量的鹽酸,硅酸鈉反應(yīng)生成硅酸沉淀,Na2BeO2的反應(yīng)生成氯化鈹溶液,再加入過量氨水沉淀鈹離子,故答案為:B。
(2)根據(jù)流程圖可知,沉淀物A應(yīng)該是氫氧化鐵,所以流程圖中用氨水調(diào)節(jié)pH=a時(shí)生成沉淀的化學(xué)式為Fe(OH)3 ;根據(jù)有關(guān)金屬離子形成氫氧化物沉淀時(shí)的pH可知,繼續(xù)加氨水調(diào)至pH=b,此時(shí)生成分沉淀應(yīng)該是Y(OH)3,則發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Y3++3NH3·H2O=Y(jié)(OH)3↓+3NH4+。
(3)沉淀C為草酸釔,根據(jù)原子守恒可知,草酸釔隔絕空氣加熱生成Y2O3的同時(shí),還有CO和CO2生成,所以分解的化學(xué)方程式為Y2(C2O4)3Y2O3+3CO2↑+ 3CO↑。
(4)在加熱的條件下CeCl3易發(fā)生水解生成氯化氫和Ce(OH)3,因此在加熱時(shí)必須防止其水解。由于NH4Cl固體受熱分解產(chǎn)生HCl,HCl可以抑制CeCl3水解。
(5)H2O2具有強(qiáng)氧化性,在溶液中通過調(diào)節(jié)pH≈3,可以將Ce3+氧化形成Ce(OH)4沉淀,其中Ce元素的化合價(jià)從+3價(jià)升高到+4價(jià),失去1個(gè)電子。雙氧水中氧元素的化合價(jià)從-1價(jià)降低到-2價(jià),則根據(jù)電子得失守恒和原子守恒可知反應(yīng)的離子方程式為2Ce3++H2O2+6H2O=2Ce(OH)4↓+6H+。
考點(diǎn):考查元素化合物性質(zhì)的類比推斷,物質(zhì)分離,水解應(yīng)用以及氧化還原反應(yīng)方程式的書寫等
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離子 | 開始沉淀時(shí)的pH | 完全沉淀時(shí)的pH |
Fe3+ | 2.7 | 3.7 |
Y3+ | 6.0 | 8.2 |
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